功能集成复合材料电池箱体的探讨

比亚迪GCTP技术路线中有一点最引我注意，那就是功能集成复合材料箱体（也叫拖盘）。

在此之前，了解到最多的就是电池箱体上盖的复合材料方案，这些方案还谈不上是功能集成，基本是出于轻量化，提升整包能量密度的目的。

关于电池包（下）箱体的复合材料方案很少有提及。目前，国内外市场上所有的车型，箱体均是金属材料，然后通过相应的连接工艺（如焊接），来完成制造；金属材料以高强钢和铝合金为主。

对于比亚迪提出的功能集成复合材料电池箱体，我做了些查询，确实已有类似的研究，这里谈下自己的理解。

这个技术有两个关键词：功能集成、复合材料。前者是目的，后者是手段，即通过复合材料技术来实现多功能集成的电池箱体。

箱体是集成多功能的，意味着一定比传统金属箱体具备更多的功能。我们知道电池包箱体要具有多种功能，包括以下几个主要方面：

• 强度，起支撑、防碰撞的结构功能；

• 防腐蚀，这个主要化学安全功能；

• 耐火烧，这个主要是从防护电芯热失控角度出发，是热功能；

• EMC防护，这个主要是电气方面的防护；

• 热管理，对电芯进行冷却和加热，是热功能；

一般的箱体实现的是结构功能，耐火烧通过增加相应的防火材料来实现，常用的是Mica；防腐蚀主要通过对表面进行镀层的手段；热管理通过所谓的集成液冷来实现，目前的方案基本为“箱体防护板+水冷板+箱体底部”的三明治形式，这个已经有点功能集成的意味，但还是比较初级的“堆叠在一起”；未来希望能够做到的是将这几种功能或部分仅通过箱体来实现。

徳国Open Hybrid Lab Factory在这个方向上的探索是以铝和纤维增强塑料（fiber-reinforcedplastics，FRP）为基础进行，可以从他们的案例中对功能集成复合材料箱体有一个感性认识。

比如整个电池包箱体的材料构成可以为：铝+中间铝泡沫+纤维增强塑料+PCM。纤维增强塑料可选的有玻璃钢（GFRT）、碳纤维（CFRT，宝马i3车身采用了该种材料）和亚麻纤维增强塑料（FFRT）。纤维增加塑料层在下表面，它们往往具有质量轻，结构性能也强的优势，另外一个优点在于不会像金属那样受腐蚀影响。纤维增强塑料类与铝、钢等不同材料，以及它们自身之间的比较如以下两图。

铝在整个箱体材料层的上表面，上表面直接与模组或电芯底部相接触，良好的导热性能能够将热量快速导至中间的PCM相变材料。PCM利用自身的特性，将热量吸收。

中间层还有铝泡沫，与纤维增强层一起，实现对碰撞和冲击良好的缓冲吸能作用。同样是基于对纤维增强塑料在箱体上应用，徳国另外一家企业SGL对多层箱体结构设计的耐火烧进行了对比测试如下：

上图可以看出，钢在约30秒后就达到了750℃，而SGL的三明治多层方案在180秒后的温度约为350℃。

复合材料箱体需要解决的另外一个问题是如何对模组等结构进行固定，Open Hybrid Lab对螺栓紧固模组的方法进行了研究，包括增加紧固胶，以M8螺栓为例子，每种方案的拉力对比如下：

这个方案做下来，箱体的总重量为26.6kg（常规方案质量为35kg），能够减少约24%的重量。

金属箱体的设计和生产通常被认为是低技术含量的累活，这种功能集成复合材料的电池箱体显然具有更高的技术门槛，如果在成本上也能够实现相当的竞争优势的话，势必会带来不少的产业革新。

不一定要像Open Hybrid Lab集成这么多的功能，但像结构功能、防腐蚀、防火烧是可以较容易率先实现的。仅是结构功能这个层面都仍有很多路要走，包括集成到整车上后，对整车性能，尤其是安全方面的影响如何，还有待产业化的一步步确认。

所以，比亚迪的功能集成复合材料箱体是一种什么思路，实现了哪些功能的集成，成本与现在的铝合金或高强度钢相比如何，值得期待。

---